不知道經(jīng)常需要做科學(xué)計(jì)算的朋友們有沒有這樣的好奇：在Linux系統(tǒng)下使用什么工具呢？說(shuō)到科學(xué)計(jì)算，首先想到的肯定是Matlab，如果再說(shuō)到符號(hào)計(jì)算，那就非Mathematica不可了。可惜，以上兩款軟件都是商業(yè)軟件。雖然破解版滿天飛，但是這不符合開源世界的邏輯。在Linux系統(tǒng)下，也有非常不錯(cuò)的科學(xué)計(jì)算工具，包括符號(hào)計(jì)算的也有。下面我就來(lái)隆重向大家推薦幾款。
Octave
這款軟件是GNU出品，在GNU的在線文檔網(wǎng)站上可以下載到它的完整的幫助文檔，我喜歡pdf版，可以一口氣從頭讀到尾，很舒服。從語(yǔ)法角度講，Octave和matlib完全兼容。下面是其運(yùn)行效果圖：
它也有GUI界面的包裝，那就是QtOctave，如下圖：
在Ubuntu下該軟件的安裝非常簡(jiǎn)單，使用如下命令即可：
sudo apt-get install octavesudo apt-get install qtoctave
Maxima
數(shù)值計(jì)算使用Octave，那么符號(hào)計(jì)算就少不了Maxima了。由于符號(hào)計(jì)算中，數(shù)學(xué)公式的顯示也是非常重要的一環(huán)，所以我喜歡用它的GUI封裝wxMaxima，該軟件使用如下命令安裝：
sudo apt-get install wxmaxima
下面是它的運(yùn)行效果圖：
有了GUI的封裝，我們的學(xué)習(xí)曲線都要簡(jiǎn)單很多，因?yàn)樗墓δ芏荚谒牟藛螜谥畜w現(xiàn)出來(lái)了。只不過(guò)，目前的wxMaxima似乎有一個(gè)致命的bug，在我的Ubuntu上，只要在對(duì)話框中輸入括號(hào)它就會(huì)崩潰。Maxima也自帶完善的文檔，如下圖：
符號(hào)運(yùn)算不僅能對(duì)各種數(shù)學(xué)公式進(jìn)行運(yùn)行、變形、化簡(jiǎn)，也可以直接對(duì)函數(shù)作圖，如下圖：
但是以上介紹的都不是重點(diǎn)。下面的工具才是我這篇隨筆的重量級(jí)嘉賓。它就是：
IPython-Notebook
使用python進(jìn)行科學(xué)計(jì)算最近幾年很火，主要得益于python語(yǔ)言和Numpy、SciPy、pandas、matplotlib、SymPy等庫(kù)。另外一個(gè)大殺器就是ipython-notebook，它可以說(shuō)是提供了在數(shù)學(xué)方面讀寫算加畫圖一條龍的服務(wù)了。Ubuntu對(duì)Python的支持真心不錯(cuò)，先使用下面的命令將以上庫(kù)全部安裝：
sudo apt-get install pandas
sudo apt-get install sympy
不是說(shuō)全部安裝嗎？怎么只有兩個(gè)命令？因?yàn)榘惭bpandas時(shí)NumPy、SciPy、matplotlib都作為依賴項(xiàng)自動(dòng)安裝了，只有符號(hào)計(jì)算庫(kù)SymPy需要另外安裝。然后，使用如下命令安裝ipython-notebook：
sudo apt-get install ipython-notebook
同理，IPython也作為依賴項(xiàng)自動(dòng)安裝了。然后使用如下命令啟動(dòng)ipython-notebook：
ipython notebook --pylab=inline
然后ipython-notebook就在瀏覽器中啟動(dòng)了。不錯(cuò)，這是一個(gè)BS應(yīng)用，我們啟動(dòng)它時(shí)會(huì)在我們的機(jī)器上建立一個(gè)簡(jiǎn)單的服務(wù)器，然后用瀏覽器訪問(wèn)這個(gè)服務(wù)器就可以使用ipython-notebook了，遠(yuǎn)程訪問(wèn)也行。下面是運(yùn)行效果：
新建一個(gè)筆記后，就會(huì)給我們一個(gè)輸入代碼的提示。ipython-notebook中的內(nèi)容是由一個(gè)一個(gè)的輸入?yún)^(qū)域組成的，稱為Cell。每一個(gè)Cell除了可以輸入代碼，還可以輸入Markdown、rawtext、heading，如上圖中的選項(xiàng)所示。下面是輸入Markdown的效果圖：
按Shift+Enter即可結(jié)束該區(qū)域的輸入，并執(zhí)行和顯示效果。如果以后要重新編輯里面的內(nèi)容，雙擊該區(qū)域即可。Markdown區(qū)域也是支持MathJax的哦，如下圖：
下面看看使用NumPy來(lái)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和繪圖的效果：
使用pandas進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并繪圖的效果：
最后，看看使用SymPy進(jìn)行符號(hào)計(jì)算的效果：
從上圖可以看到，SymPy的latex函數(shù)可以把輸出的數(shù)學(xué)公式轉(zhuǎn)換成LaTeX代碼，不過(guò)該代碼有點(diǎn)問(wèn)題，它里面每個(gè)反斜杠都變成了雙反斜杠。將該LaTeX代碼復(fù)制、修改后，輸入Markdown區(qū)域就可以看到完美的數(shù)學(xué)公式了。
我們?cè)贗Python-Notebook中建立的筆記是可以保存的，而且保存的是純文本的JSON格式，所以可以非常方便地把它放到GitHub進(jìn)行分享。從IPython-Notebook的幫助菜單可以很方便地導(dǎo)航到NumPy、SciPy、matplotlib、pandas、SymPy的幫助文檔。在matplotlib的官網(wǎng)中，還專門有一個(gè)gallary頁(yè)面，里面有各種圖表的縮略圖和代碼，對(duì)我們的學(xué)習(xí)真的是很有幫助哦。
這一篇隨筆和前面的兩篇加起來(lái)，就基本上完成了進(jìn)行數(shù)學(xué)工作的工具論。希望大家喜歡，多給點(diǎn)推薦。
